材料表面技術(shù)課件

材料工藝基礎(chǔ)第四章材料表面技術(shù)1材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）材料工藝基礎(chǔ)第四章材料表面技術(shù)1材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)4.1

概述材料表面工程技術(shù)是指通過(guò)物理、化學(xué)工藝方法使材料表面具有與基體材料不同的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和物理狀態(tài)，從而使經(jīng)過(guò)處理后的表面具有與基體材料不同的性能。工程意義：經(jīng)表面處理后的材料，其基體材料的化學(xué)成分、顯微組織和性能并未發(fā)生變化，但其表面卻具有特殊的組織和性能，如耐磨性、耐蝕性、耐熱性、導(dǎo)電性、電磁特性、光學(xué)性能等。工程意義：可以利用相對(duì)廉價(jià)的基材，通過(guò)表面改性，達(dá)到采用整體材料同樣的使用效果，滿足服役需要，降低工件的材料成本。2材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.1概述材料表面工程技術(shù)是指通過(guò)物理、化學(xué)工藝方法使材料4.1.2表面工程技術(shù)分類原子沉積物：原子在基體上凝聚，然后成核、長(zhǎng)大最終形成薄膜，被吸附的原子處于快冷的非平衡態(tài)，沉積層中有大量結(jié)構(gòu)缺陷，沉積層常和基體反應(yīng)生成復(fù)雜的界面層。電鍍、真空蒸鍍、濺射、離子鍍、化學(xué)氣相沉積、分子束外延等粒狀沉積物：熔化的液滴或細(xì)小的固體顆粒在外力作用下于基體材料表面凝聚、沉積或燒結(jié)，涂層的顯微結(jié)構(gòu)取決于顆粒的凝固或燒結(jié)情況。如：火焰噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂、搪瓷釉等整體涂層：將欲涂敷的材料于同一時(shí)間加于基體材料表面。如：涂漆、包覆金屬、靜電噴涂、浸漬涂層等表面改性：用離子處理、熱處理、機(jī)械處理及化學(xué)處理等方法處理材料表面，改變材料表面的組織結(jié)構(gòu)和性能。如：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、熔鹽鍍、噴丸強(qiáng)化、離子注入、激光處理、離子氮化等分類Ⅰ－根據(jù)沉積物的尺寸3材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.1.2表面工程技術(shù)分類原子沉積物：原子在基體上凝聚，然分類Ⅱ－根據(jù)組織結(jié)構(gòu)、成分和性能表面組織強(qiáng)化：改善表面的顯微組織表面合金化：改善表面合金成分薄膜改性：沉積到表面上形成薄膜4材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）分類Ⅱ－根據(jù)組織結(jié)構(gòu)、成分和性能表面組織強(qiáng)化：改善表面的顯微分類Ⅲ－根據(jù)工藝特點(diǎn)

表面熱處理表面機(jī)械強(qiáng)化處理氣相沉積鍍膜熱噴涂高能束表面處理電鍍、化學(xué)鍍其他5材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）分類Ⅲ－根據(jù)工藝特點(diǎn)表面熱處理5材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)4.2

氣相沉積技術(shù)在真空下用各種方法獲得的氣相原子或分子在基體材料表面沉積以獲得薄膜的技術(shù)。適合于制備超硬、耐蝕、耐熱、抗氧化薄膜；磁記錄、信息存儲(chǔ)、光敏、熱敏、超導(dǎo)、光電轉(zhuǎn)換等功能材料；裝飾性薄膜；分類：物理氣相沉積PVD化學(xué)氣相沉積CVD6材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.2氣相沉積技術(shù)在真空下用各種方法獲得的氣相原子或分子在4.2.1物理氣相沉積（PVD）PVD技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例：耐磨，減摩，耐腐蝕，裝飾或兼具二種及以上功能7材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.2.1物理氣相沉積（PVD）PVD技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例：7材CoatingofbladesCoatingofvane8材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CoatingofbladesCoatingofvaProcesschamberwithEBguns,cruciblesandpartstobecoatedinthevaporcloud

LoadingchamberofanEB/PVDsystem,ComplexsubstratemotionsensureacontrolledthicknessdistributionOperator’scockpitatanEB/PVD-productioncoater9材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）ProcesschamberwithEBguns,ThearcevaporationPVDcoatingprocesstakesplaceinavacuumchamber.10材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）ThearcevaporationPVDcoatinPVDCoatingApplications

11材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）PVDCoatingApplications11材料工thecoefficientoffriction,asmeasuredinaballondisktest12材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）thecoefficientoffriction,a13材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）13材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）真空蒸鍍、陰極濺射和離子鍍?nèi)箢惒捎酶哒婵障到y(tǒng)及低雜質(zhì)含量氣體，并能控制工作氣體的流量或分壓；能夠很好控制涂層材料，并通過(guò)監(jiān)控蒸氣流量來(lái)進(jìn)行調(diào)整；基材表面需經(jīng)過(guò)細(xì)致處理；采用工作安裝系統(tǒng)可以控制基材溫度與沉積源的距離與方向；不同的過(guò)程對(duì)一些參數(shù)可有特殊的要求，如：基材偏壓、活性氣體的引入等14材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）真空蒸鍍、陰極濺射和離子鍍?nèi)箢惒捎酶哒婵障到y(tǒng)及低雜質(zhì)含量氣(I)真空蒸鍍基材表面狀態(tài)：潔凈鍍膜質(zhì)量基材溫度基材表面粗糙度和表面顯微組織主要部件：真空容器、蒸發(fā)源、基材、基材架和加熱器15材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(I)真空蒸鍍基材表面狀態(tài)：潔凈鍍膜質(zhì)量基材溫度基材表面粗真空蒸鍍法特點(diǎn)鍍膜由氣相沉積而成，均勻性較好鍍膜在高真空形成，可獲得純凈的薄膜可得到0.01到幾個(gè)微米厚的薄膜成膜過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝可精確控制應(yīng)用：用于光學(xué)透鏡的反射膜（多層氧化物鍍膜）及裝飾用的金膜、銀膜等。電子元件及相關(guān)領(lǐng)域被鍍基件材料的蒸汽壓不能太高；零件大小受到真空室大小的限制；零件隱蔽部位不能被鍍覆，如深孔等；為了增加鍍層結(jié)合力，蒸鍍過(guò)程中零件必須加熱。16材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）真空蒸鍍法特點(diǎn)鍍膜由氣相沉積而成，均勻性較好應(yīng)用：用于光學(xué)透蒸鍍種類電阻加熱源、電子束加熱源、高頻感應(yīng)加熱源、激光加熱源17材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）蒸鍍種類電阻加熱源、電子束加熱源、高頻感應(yīng)加熱源、激光加熱源(Ⅱ)陰極濺射沉積

磁控濺射對(duì)置濺射離子束濺射18材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(Ⅱ)陰極濺射沉積磁控濺射18材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)陰極濺射沉積分類19材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）陰極濺射沉積分類19材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）應(yīng)用普遍，1974年工業(yè)化應(yīng)用原理：

離子轟擊靶面產(chǎn)生的二次電子被電場(chǎng)加速飛向陽(yáng)極。附件磁場(chǎng)延長(zhǎng)電子飛向陽(yáng)極的行程，使電子增加碰撞電離幾率，增加等離子體密度，提高濺射速率。矩形平面靶和柱狀靶矩形平面靶：廣泛應(yīng)用磁控濺射沉積20材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）應(yīng)用普遍，1974年工業(yè)化應(yīng)用磁控濺射沉積20材料工藝基礎(chǔ)（濺射沉積的特點(diǎn)結(jié)合力較高；容易得到高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜；可以在較大面積上得到均一的薄膜；可以控制膜的組成，制備合金膜；可以長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；良好的再現(xiàn)性陰極濺射幾乎可以制造一切物質(zhì)的薄膜21材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）濺射沉積的特點(diǎn)結(jié)合力較高；陰極濺射幾乎可以制造一切物質(zhì)的薄膜(Ⅲ)離子鍍鍍膜與離子轟擊改性同時(shí)進(jìn)行22材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(Ⅲ)離子鍍鍍膜與離子轟擊改性同時(shí)進(jìn)行22材料工藝基礎(chǔ)（材多弧離子鍍蒸發(fā)源多，膜厚分布均勻有效利用真空室靶材輻射熱被水冷卻，可使工件保持低溫等離子體密度高，表面可被離子轟擊潔凈，而且可增大偏壓，結(jié)合力好23材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）多弧離子鍍蒸發(fā)源多，膜厚分布均勻23材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技離子鍍典型應(yīng)用防腐蝕鍍層耐磨鍍層在觸頭上離子鍍釕、銠等在渦輪葉片上鍍高溫耐腐蝕合金塑料基體上鍍金屬聲學(xué)方面的應(yīng)用碳素纖維的應(yīng)用粘著力強(qiáng)均鍍能力好被鍍基體材料合鍍層材料可廣泛搭配無(wú)污染24材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）離子鍍典型應(yīng)用防腐蝕鍍層粘著力強(qiáng)24材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技作業(yè)：1）簡(jiǎn)述陰極濺射沉積的原理和特點(diǎn)，舉例其應(yīng)用。

單號(hào)

25材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）作業(yè)：25材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.2.2化學(xué)氣相沉積利用氣態(tài)化合物或化合物的混合物在基體材料表面（通常為熱表面）上發(fā)生氣相化學(xué)反應(yīng)，從而在基材表面上形成鍍膜的技術(shù)。——CVD法

可沉積各種單晶、多晶或非晶態(tài)無(wú)機(jī)薄膜設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、工藝上重現(xiàn)性好適于批量生產(chǎn)、成本低廉26材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.2.2化學(xué)氣相沉積利用氣態(tài)化合物或化合物的混合物在基體幾種PVD法與CVD法的特性比較項(xiàng)目PVD法CVD法真空蒸鍍陰極濺射離子鍍鍍金屬可以可以可以可以鍍合金可以，但困難可以可以，但困難可以鍍高熔點(diǎn)化合物可以，但困難可以可以，但困難可以沉積粒子能量/eV0.1～11～1030～1000沉積速度/(μm/min)0.1～750.01～20.1～50較快沉積膜的密度較低高高高孔隙度中小小極小基體與鍍層的連接沒(méi)有合金相沒(méi)有合金相有合金相有合金相粘結(jié)力差好最好最好均鍍能力不好好好好鍍覆機(jī)制真空蒸發(fā)輝光放電、濺射輝光放電氣相化學(xué)反應(yīng)27材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）幾種PVD法與CVD法的特性比較項(xiàng)目PVD法CVD法真空蒸CVD反應(yīng)基本類型熱分解反應(yīng)還原反應(yīng)氧化反應(yīng)水解反應(yīng)氮化反應(yīng)28材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD反應(yīng)基本類型熱分解反應(yīng)28材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD反應(yīng)類型碳化反應(yīng)歧化反應(yīng)合成反應(yīng)基體反應(yīng)綜合反應(yīng)29材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD反應(yīng)類型碳化反應(yīng)29材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD沉積層性能絕緣體薄膜、半導(dǎo)體薄膜、導(dǎo)體及超導(dǎo)體薄膜以及防腐耐磨的薄膜常規(guī)CVD金剛石薄膜納米CVD金剛石薄膜

30材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD沉積層性能絕緣體薄膜、半導(dǎo)體薄膜、導(dǎo)體及超導(dǎo)體薄膜以及CVD設(shè)備

AtypeofCVDcoatingequipmentforformingceramiccompositesbyCVDcoatingofcarbonandSiC.ItcanmanufactureadvancedcompositescontainingcontinuousfibersandbycoatingcarbonandSiConbasematerials.31材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD設(shè)備AtypeofCVDcoatingeqTheCVDprocesscanbeusedtodepositacoatingonvarioussubstrates.32材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）TheCVDprocesscanbeusedtoCVD涂層實(shí)例SiCcoatingonacarbonsubstrate（thickness:30micron）

SiCcoatingonaSiCfiber（thickness:3micron）

33材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD涂層實(shí)例SiCcoatingonacarbon34材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）34材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）TheCA4120usedinnodularcastironcuttingwork.Chipbreakerapplications35材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）TheCA4120usedinnodularcasCVDprocessing36材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVDprocessing36材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD涂層的應(yīng)用實(shí)例37材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CVD涂層的應(yīng)用實(shí)例37材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.2.3等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積利用直流或射頻放電等離子體內(nèi)的高能電子激活反應(yīng)氣體分子使之離解或電離，從而獲得在化學(xué)上非常活潑的激發(fā)分子、離子、原子或大量活性原子團(tuán)等，并在基體表面沉積鍍膜，它們促進(jìn)氣相化學(xué)反應(yīng)?！狿CVD或PECVD，“熱力學(xué)效應(yīng)”&“動(dòng)力學(xué)效應(yīng)”半導(dǎo)體微電子材料、光導(dǎo)纖維、太陽(yáng)能電池、超硬材料、稀土化合物薄膜、有機(jī)聚合物等等離子體物理——低壓氣體輝光放電過(guò)程；等離子體化學(xué)——不均勻的氣－固表面發(fā)生的多相化學(xué)反應(yīng)38材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.2.3等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積利用直流或射頻放電等離子4.3熱噴涂技術(shù)39材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.3熱噴涂技術(shù)39材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）將金屬或非金屬固體材料加熱至熔化或半熔軟化狀態(tài)，然后將它們高速噴射到工件表面上，形成牢固涂層的表面加工方法。熱噴涂過(guò)程40材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）將金屬或非金屬固體材料加熱至熔化或半熔軟化狀態(tài)，然后將它們高熱噴涂層的顯微結(jié)構(gòu)組成：涂覆材料；氧化物夾雜；空隙；未熔涂覆材料顆粒41材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）熱噴涂層的顯微結(jié)構(gòu)組成：涂覆材料；氧化物夾雜；空隙；未熔涂覆(I)熱噴涂技術(shù)分類火焰噴涂等離子噴涂電熱噴涂激光噴涂電弧噴涂線材火焰噴涂粉末火焰噴涂超音速火焰噴涂爆炸火焰噴涂粉末火焰噴焊大氣等離子噴涂保護(hù)氣體等離子噴涂針孔等離子噴涂水穩(wěn)等離子噴涂感應(yīng)加熱噴涂電容放電噴涂電爆噴涂激光噴涂激光噴焊電弧噴涂42材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(I)熱噴涂技術(shù)分類火焰噴涂等離子噴涂電熱噴涂激光噴涂電弧(Ⅱ)熱噴涂技術(shù)特點(diǎn)涂層和基體材料廣泛熱噴涂工藝靈活噴涂層、噴焊層的厚度可以在較大范圍內(nèi)變化生產(chǎn)效率高基體受熱程度低，不會(huì)影響基體材料的組織和性能噴涂合金材料利用充分成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著涂層的結(jié)合強(qiáng)度較低，涂層的孔隙率較高；對(duì)于噴涂面積小的工件，噴涂沉積效率低，成本較高；噴涂層的均勻性較差；難以對(duì)涂層質(zhì)量進(jìn)行破壞性檢查。43材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(Ⅱ)熱噴涂技術(shù)特點(diǎn)涂層和基體材料廣泛涂層的結(jié)合強(qiáng)度較低，(Ⅲ)熱噴涂技術(shù)原理44材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(Ⅲ)熱噴涂技術(shù)原理44材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(Ⅳ)涂層與基體結(jié)合方式機(jī)械結(jié)合物理結(jié)合微擴(kuò)散結(jié)合力微焊接結(jié)合45材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）(Ⅳ)涂層與基體結(jié)合方式機(jī)械結(jié)合45材料工藝基礎(chǔ)（材料表面4.3.2熱噴涂工藝粉末火焰噴涂46材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.3.2熱噴涂工藝粉末火焰噴涂46材料工藝基礎(chǔ)（材料表面flamespray47材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）flamespray47材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）flamesprayflamespraycoatingsformanyapplicationsforgeneralrepairandbuildupaswellaswearandcorrosionresistancearereadilyvailable.

Commonalloysappliedarealuminumbronze,stainlesssteels,andnickelorcobaltbase.48材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）flamesprayflamespraycoatingPlasmaspray49材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）Plasmaspray49材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）Abovetwofigurespresentamodelofamediumspeeddieselenginepistonwithaceramiccoating,andaphotoofacoatingprocessbyplasmaspray.50材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）Abovetwofigurespresentamo等離子噴涂51材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）等離子噴涂51材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）52材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）52材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CoatingCharacteristicsTypicalApplicationsCopper/siliconCarbide(HIPAC)Highthermalconductivity,fivetimesgreaterthancastiron.

Goodelectricalconductivity.

Highwearresistance

HighenergyabsorbanceandheatdissipationUsedoncomponentssubjectedtohighfrictionwearandheatbuildupcaudedbyrotatingmachineparts.Majorusesareforbrakeandclutchcomponentsparticularlyonracingcars,bikesandotherformsoftransport.13%ChromeSteelMacrohardness-HRc33Tensilebondstrength-28MPaHighStrengthUsedextensivelyasabuildupmaterial.Itcanbegroundfinishedtotighttolerancestoreclaimshafts,hydraulicrams,pistons,bearings,plungersandothergeneralengineeringcomponents.AluminumMacrohardness-RH80

Tensilebondstrength-10MPa，Highresistancetocorrosionofatmospheric，heat，chemicalWithappropriatesealingofthecoatingaluminumcanbeusedasanallpurposecoatingtopreventatmosphericcorrosionandseawaterattackonsteelstructures.AluminumBronzeMacrohardness-RB80

Wearresistant.

Machinestoexcellentfinish.Itcanbeusedforrepairingdefectsinbronzecastings.

Alsoforbuildupofwornareasonbushings,bearingsandotherbronzeorbrassitems.Tin/Antimony/Copper(Babbit)ForheavydutybearingsZincForgeneralcorrosionresistanceforsimilarapplicationstoaluminumMolybdenumForhighwearareassuchaswirecapstans,brakedrumsandmachineknives.等離子噴涂層的應(yīng)用實(shí)例53材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）CoatingCharacteristicsTypical等離子噴焊層與其他涂層、焊層比較工藝方法等離子噴焊等離子噴涂粉末火焰噴焊絲極埋弧堆焊涂(焊)層類型與基材結(jié)合類型結(jié)合強(qiáng)度涂(焊)組織氣孔率/%氧化物夾縫一般厚度/mm噴焊層熔合高焊態(tài)無(wú)無(wú)0.5～5噴涂層粘結(jié)低(≤60N/mm2)變形粒子疊層2～10有0.3～1噴焊區(qū)擴(kuò)散中(＞200N/mm2)焊態(tài)微量少量0.5～3堆焊區(qū)熔合高焊態(tài)無(wú)無(wú)＞554材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）等離子噴焊層與其他涂層、焊層比較工藝方法等離子噴焊等離子噴涂55材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）55材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）H.V.O.F.ThermalSprayCoatingsTheTaskmasterHighVelocityOxygenFuelthermalsprayprocessprovidesHighDensitycoatingswithalmostNegligiblePorositylevels.Thisisaresultofthehighparticlevelocitiesproducedbyacombustiondriven,highspeedgasjet.

HVOFisasupersonicprocesswhichdeliverscoatingparticlesatover7000feetpersecondandcanexceedbondstrengthsof12,000psi.ItisanextremelyversatileprocessthatoffersanunlimitedrangeofpossibilitiestoindustrieswithextremecorrosionandwearenvironmentssuchasOilandGas,chemicalandrefinery,agriculture,marine,hydroelectricplants,andpulpandpapermills.56材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）H.V.O.F.ThermalSprayCoating4.4激光表面處理技術(shù)將激光束照到工件的表面，以去除或熔化材料以及改變材料表面性能的加工方法。57材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.4激光表面處理技術(shù)將激光束照到工件的表面，以去除或熔化10kWCO2LaserSystemwith3axiscockpitVariousmaterialprocessing

applications:1.Deeppenetrationweldingofmoderatethickmetalplates,2.Lasersurfacehardening,

3.Lasersurfacere-solidification,

4.Lasersurfacecladding&alloying5.Cuttingofthickconcreteblocksetc.fordecontaminationanddecommissioningapplications.58材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）10kWCO2LaserSystemwith3

AnewcladdingprocessdevelopedattheFraunhoferCenterforSurfaceandLaserProcessingutilizesa3kWdirectdiodelaserandacoaxialpowder-feedingnozzle.

59材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）Anewcladdingprocessdevelo4.4.1激光表面處理特點(diǎn)60材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.4.1激光表面處理特點(diǎn)60材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.4.2激光淬火又稱為激光相變硬化，是以高能量的激光束快速掃描工件，使材料表面極薄一層的局部小區(qū)域快速吸收能量而使溫度急劇上升，此時(shí)工件基體仍處于冷態(tài)，由于熱傳導(dǎo)的作用，此局部區(qū)域內(nèi)的熱量迅速傳遞到工件其他部位，冷卻速度可達(dá)到105℃/s以上，使該局部區(qū)域在瞬間進(jìn)行自冷淬火，因而使材料表面發(fā)生相變硬化。laserhardenedzone

61材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.4.2激光淬火又稱為激光相變硬化，是以高能量的激光束快62材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）62材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）SetLASERhardeningofchamferingandfoldingtools.

LASERhardeningonalongchamferingtoolBigsizedeepdrawingtoolforcarbodysteelsheets-LASERhardeningofcurvesandedgesBigsizetool-wecanworkontoolswithatotalweightofupto40tons.63材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）SetLASERhardeningofchamfer

LASERhardeningofaninjectionmould.LASERhardeningofbearingfacesonashaftforair-planemanufacturing.LASERhardeningofagearspindle,trackwidthca.60mm.LASERhardeningwithsolidstateLASERandrobotofacarbodydeepdrawingtool.LASERhardenedfacesandedgesofpunchingtools

64材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）

LASERhardeningofaninjecti激光淬火技術(shù)的性能和優(yōu)點(diǎn)Maxdepthinstressrelievedmaterial:ca.1,2mmMaxdepthinannealedmaterial:ca.1,6mmUniformityofhardnessdependsonmaterialpropertiesUniformityincaseofthermalstressrelievedmaterial:sameasbasematerialUniformityincaseofannealedmaterial:±3HRCProcesscontrolledbythermalemissioncontrol(reactiontime:1ms)Thermalcontrolachievesmax.hardnessaccordingtomaterialpropertiesPrecisecontrolofaffectedsurfacezonesHighhardnessgradientNouseofcoolingagentsorchemicals

posthardeningpossible,hardenedareaswithlowhardness(e.g.50HRC)canbeimprovedbyLACIDto(e.g.60HRC)Nolimitestosizeorweightofworkpiece65材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）激光淬火技術(shù)的性能和優(yōu)點(diǎn)Maxdepthinstres4.4.3激光合金化在高能激光束作用下，將一種或多種合金元素與基材表面快速熔凝，從而使材料表層獲得具有預(yù)定的高合金特性。激光合金化凝固組織有以下形態(tài)：平面晶胞狀晶胞狀樹(shù)枝晶樹(shù)枝晶等軸枝晶66材料工藝基礎(chǔ)（材料表面技術(shù)）4.4.3激光合金化在高能激光束作用下，將一種或多種合金元4.4.4激光表面熔覆利用激光加熱基材表面以形成一個(gè)較淺的熔池，同時(shí)送入預(yù)定成分的合金粉末一起熔化后迅速凝固；或者將預(yù)先涂敷在基材表面的涂層與基材一起熔化后迅速凝固，以得到一層新的熔覆層。AcomparisonoftheprofilesoftwoNiCrMoclads.Thecladontherightwasproducedatatravelspeedof0.45m/min,thecladtotheleftataprocessspeedof0.70m/min.

67材料工藝基礎(chǔ)（材料